JP6876124B2 - The catalyst and the process for producing fluorinated hydrocarbons using this catalyst - Google Patents
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Description
本発明は、触媒、前記触媒の調製方法、および前記触媒を使用するプロセスに関する。より具体的には、本発明は、クロミアおよび追加の金属を含む触媒、ならびに2〜3個の炭素原子を含有する化合物への/化合物からのハロゲンおよびハロゲン化水素化物の添加または除去における前記触媒の使用プロセスに関する。 The present invention relates to a catalyst, a method for preparing the catalyst, and a process using the catalyst. More specifically, the present invention relates to catalysts containing chroma and additional metals, as well as said catalysts in the addition or removal of halogens and hydrogen halides from / to compounds containing 2-3 carbon atoms. Regarding the process of using.
本明細書内の以前に公開された文献の列挙または考察は、文献が技術水準の一部であるか、または技術常識であることの認識として必ずしも解釈されるべきではない。 The enumeration or consideration of previously published literature within this specification should not necessarily be construed as a recognition that the literature is part of a state of the art or is common sense.
ハロカーボン系化合物、特にフルオロカーボン系化合物は、現在、例えば推進剤、発泡剤、および伝熱流体の多くの商業および工業用途において使用されている。新たな冷媒が求められているため、伝熱流体としてのフッ素系化合物、特に(ヒドロ)フルオロオレフィンへの関心およびその使用が増加している。 Halocarbon-based compounds, especially fluorocarbon-based compounds, are currently used in many commercial and industrial applications, such as propellants, foaming agents, and heat transfer fluids. Due to the demand for new refrigerants, there is increasing interest in and their use of fluorinated compounds as heat transfer fluids, especially (hydro) fluoroolefins.
ヒドロフルオロプロペンなどの(ヒドロ)ハロアルケンは、対応するヒドロ(ハロ)フルオロアルカンから脱ハロゲン化水素化によって簡便に調製することができる。転化は、熱的すなわち熱分解によって、触媒的に、ヒドロ(ハロ)フルオロアルカンと触媒とを好適な条件下で接触させることによって、または化学的に、典型的にはヒドロ(ハロ)フルオロアルカンとアルカリ金属水酸化物などの強塩基と接触させることによって行うことができる。商業的操作のためには、触媒作用脱ハロゲン化水素化が好ましいと考えられる。 (Hydro) haloalkenes, such as hydrofluoropropene, can be conveniently prepared from the corresponding hydro (halo) fluoroalkanes by dehalogenation hydrogenation. The conversion is carried out thermally, ie by pyrolysis, catalytically, by contacting the hydro (halo) fluoroalkane with the catalyst under suitable conditions, or chemically, typically with a hydro (halo) fluoroalkane. This can be done by contacting with a strong base such as an alkali metal hydroxide. Catalytic dehalogenation hydrogenation is considered preferred for commercial operation.
ヒドロフルオロプロペン1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロペン(HFO−1225ye)は、例えば、気体状態の1,1,1,2,3,3−ヘキサフルオロプロパンと、三価酸化クロムまたは部分フッ素化三価酸化クロムとを、任意に酸素の存在下で(米国特許第5,679,875号を参照されたい)、接触させることおよび脱フッ化水素化によって調製することができる。
同様に、フッ素化および/またはフッ化水素化工程はまた、(ヒドロ)フルオロアルケンの製造プロセスにおいても一般的である。そのようなプロセスは、HFと1種以上の(ヒドロ)ハロアルケンまたは(ヒドロ)ハロアルカンとを、好ましくは触媒の存在下で、接触させることによって行うことができる。 Similarly, fluorination and / or hydrogen fluoride steps are also common in the process of producing (hydro) fluoroalkenes. Such a process can be carried out by contacting the HF with one or more (hydro) haloalkanes or (hydro) haloalkanes, preferably in the presence of a catalyst.
上記プロセスにもかかわらず、ハロカーボンを含む触媒反応は、使用に際して多くの問題を有し、そのうちの1つは、工業規模プロセスが触媒を極端な温度および圧力、非常に多くの再生および腐食性試薬にさらすことである。当業者は、工業用触媒の寿命にわたって、活性が着実に低減し、触媒が最終的に高価な手順で交換する必要があることを知ることになる。 Despite the above processes, catalytic reactions involving halocarbons have many problems in use, one of which is that industrial scale processes make catalysts extremely hot and pressure, numerous regenerative and corrosive. Exposure to reagents. Those skilled in the art will know that the activity is steadily reduced over the life of the industrial catalyst and that the catalyst will eventually need to be replaced in an expensive procedure.
したがって、既存の触媒に対して向上した安定性、ならびに同程度または向上した活性および選択性を有する触媒の必要性が存在する。 Therefore, there is a need for catalysts with improved stability over existing catalysts, as well as comparable or improved activity and selectivity.
第1の態様では、本発明は、クロミアおよび少なくとも1種の追加の金属またはその化合物を含む触媒を提供し、触媒は、0.3cm3/gを超える全細孔容積を有し、平均細孔直径は、90Å以上であり、全細孔容積は、N2吸着圧入法によって測定され、平均細孔直径は、N2BET圧入法によって測定され、少なくとも1種の追加の金属は、Li、Na、K、Ca、Mg、Cs、Sc、Al、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、In、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、La、Ce、およびそれらの混合物から選択される。 In a first aspect, the invention provides a catalyst comprising rhodium and at least one additional metal or compound thereof, the catalyst having a total pore volume greater than 0.3 cm 3 / g and average fineness. The pore diameter is 90 Å or more, the total pore volume is measured by the N 2 adsorption press-fit method, the average pore diameter is measured by the N 2 BET press-fit method, and at least one additional metal is Li, Na, K, Ca, Mg, Cs, Sc, Al, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, It is selected from Pd, In, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, La, Ce, and mixtures thereof.
第2の態様では、上で定義されたような触媒の存在下で、飽和前駆体から2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(1234yf)を生成する方法が提供される。 A second aspect provides a method of producing 2,3,3,3-tetrafluoropropene (1234yf) from a saturated precursor in the presence of a catalyst as defined above.
この追加の金属またはその化合物は、助触媒とも呼ばれ得る。好ましくは、少なくとも1種の追加の金属は、Li、Na、K、Ca、Mg、Cs、Cr、Zr、Nb、Pd、Ta、Zn、V、Mo、Ni、Co、In、Fe、Cu、およびそれらの混合物から選択され、さらにより好ましくは、追加の金属は亜鉛である。 This additional metal or compound thereof may also be referred to as a co-catalyst. Preferably, at least one additional metal is Li, Na, K, Ca, Mg, Cs, Cr, Zr, Nb, Pd, Ta, Zn, V, Mo, Ni, Co, In, Fe, Cu, And a mixture thereof, and even more preferably, the additional metal is zinc.
当業者は、一般的に触媒において、触媒活性は、触媒の利用可能な表面積に比例すると理解されることを理解するであろう。試薬が触媒の表面と相互作用する機会が増えると、転化速度が向上することが予想される。 Those skilled in the art will appreciate that in catalysts, catalytic activity is generally understood to be proportional to the available surface area of the catalyst. Increasing the chances of the reagent interacting with the surface of the catalyst are expected to increase the rate of conversion.
しかしながら、確立された教示とは対照的に、本発明者らは、意外にも、触媒の表面積を本質的に低減させ得る細孔容積および平均細孔直径の増加が、触媒の安定性および活性の両方を高めることを見出した。 However, in contrast to established teachings, we have surprisingly found that an increase in pore volume and average pore diameter, which can essentially reduce the surface area of the catalyst, is the stability and activity of the catalyst. Found to enhance both.
理論に拘束されることを望むものではないが、これは触媒を介した物質移動の増加の結果であり、この効果はC2化合物よりもC3化合物についてより顕著であると考えられる。また理論に拘束されることを望むものではないが、本発明のより広い細孔直径は、使用中の触媒がヒドロフルオロプロペンなどの(ヒドロ)ハロアルケンを生成するために、より迅速に有効な細孔構造をとることを可能にする。 Without wishing to be bound by theory, this is the result of increased mass transfer through the catalyst, and this effect is believed to be more pronounced for C 3 compounds than for C 2 compounds. Also, without wishing to be bound by theory, the wider pore diameters of the present invention allow the catalyst in use to produce (hydro) haloalkenes such as hydrofluoropropenes more quickly and effectively. Allows for a hole structure.
固体多孔質材料の細孔構造は、いくつかの方法によって決定することができ、最も一般的に使用されているものの1つは、固体表面上への凝縮ガスの多層の吸着のBET理論(Brunauer、EmmettおよびTeller)に基づくN2の吸着および脱着、ならびに脱着中の吸着ガスの蒸発(脱着)である。窒素は、ミクロおよびメソポーラス領域を精査するための一般的な吸着質である。吸着および脱着等温線から、以下が計算され得る:N2の単層の吸着からBET表面積、P/PO=0.99で吸着された窒素の量から得られる全細孔容積、および吸着または脱着データから、BET理論またはBJH(Barrett、Joyner、およびHalenda)理論に基づく、異なる計算を用いて決定され得る平均細孔直径。 The pore structure of a solid porous material can be determined by several methods, one of the most commonly used is the BET theory (Brunauer) of multi-layer adsorption of condensed gas on a solid surface. , Emmett and Teller) -based adsorption and desorption of N 2 , and evaporation (desorption) of adsorbed gas during desorption. Nitrogen is a common adsorbent for scrutinizing micro and mesoporous regions. From the adsorption and desorption isotherms, the following can be calculated: the BET surface area from the adsorption of a single layer of N 2 , the total pore volume obtained from the amount of nitrogen adsorbed at P / PO = 0.99, and the adsorption or Average pore diameter that can be determined from desorption data using different calculations based on BET theory or BJH (Barrett, Joiner, and Hallenda) theory.
好ましくは、触媒の全細孔容積は、N2吸着圧入法によって測定される場合、0.35ccm3/gまたは0.4cm3/g以上、例えば0.45cm3/g、0.5cm3/g、0.55cm3/g、またはさらに0.6cm3/gである。 Preferably, the total pore volume of the catalyst, as measured by N 2 adsorption porosimetry, 0.35ccm 3 / g or 0.4 cm 3 / g or more, for example 0.45cm 3 /g,0.5cm 3 / g, is 0.55 cm 3 / g or even 0.6 cm 3 / g,.
好ましくは、N2BET吸着圧入法によって測定される場合、触媒の平均細孔幅は、100Å以上、例えば110Å以上、または120Å以上である。 Preferably, as measured by N 2 BET adsorption porosimetry and an average pore width of the catalyst, 100 Å or more, for example 110Å more, or 120Å more.
好ましくは、N2BJH吸着圧入法によって測定される場合、触媒の平均細孔幅は、130Å以上、例えば140Å以上、150Å以上、または170Å以上である。 Preferably, as measured by N 2 BJH adsorption porosimetry and an average pore width of the catalyst, 130 Å or more, for example 140Å above, 150 Å or more, or 170Å more.
好ましくは、N2BJH脱着圧入法によって測定される場合、触媒の平均細孔幅は、90Å以上、例えば100Å以上、110Å以上、または120Å以上である。 Preferably, as measured by N 2 BJH desorption porosimetry and an average pore width of the catalyst, 90 Å or more, for example 100Å above, 110 Å or more, or 120Å more.
好ましくは、触媒は、複数の触媒粒子を含む1つまたは複数のペレットの形態で提供される。そのような触媒粒子は、例えば荷重下で一緒に押圧されてペレットを形成することができる。 Preferably, the catalyst is provided in the form of one or more pellets containing the plurality of catalyst particles. Such catalyst particles can be pressed together, for example under load, to form pellets.
ペレットは、1種以上のさらなる材料を含むことができる。例えば、ペレットは、グラファイトを、好ましくは約0.5重量%〜約10重量%、例えば約1重量%〜約5重量%の量で含むことができる。 The pellet can contain one or more additional materials. For example, the pellet can contain graphite in an amount of preferably from about 0.5% to about 10% by weight, for example from about 1% to about 5% by weight.
好ましくは、ペレットは、約1mm〜約100mmの最長寸法を有する。いくつかの実施形態では、ペレットは、約1mm〜約10mm、例えば約3mm〜約5mmの最長寸法を有し得る。 Preferably, the pellet has a longest dimension of about 1 mm to about 100 mm. In some embodiments, the pellet may have a longest dimension of about 1 mm to about 10 mm, for example about 3 mm to about 5 mm.
好ましくは、触媒は、少なくとも80重量%(例えば少なくとも85重量%、少なくとも90重量%、少なくとも92重量%、少なくとも93重量%、少なくとも94重量%、少なくとも95重量%、または少なくとも96重量%)のクロミアを含む。 Preferably, the catalyst is at least 80% by weight (eg, at least 85% by weight, at least 90% by weight, at least 92% by weight, at least 93% by weight, at least 94% by weight, at least 95% by weight, or at least 96% by weight) of chromia. including.
有利なことには、触媒は、亜鉛/クロミア触媒であってもよい。「亜鉛/クロミア触媒」という用語は、金属酸化物触媒が、クロム、またはクロムと亜鉛の化合物、または亜鉛の化合物を含むことを意味する。 Advantageously, the catalyst may be a zinc / chromia catalyst. The term "zinc / chromium catalyst" means that the metal oxide catalyst comprises chromium, or a compound of chromium and zinc, or a compound of zinc.
本発明の亜鉛/クロミア触媒中に存在する亜鉛または亜鉛化合物の総量は、典型的には約0.01%〜約25、好ましくは0.1%〜約25%、好都合には触媒の0.01%〜6%であり、いくつかの実施形態では、好ましくは触媒の0.5重量%〜約25重量%、好ましくは触媒の約1〜10重量%、より好ましくは触媒の約2〜8重量%、例えば触媒の約4〜6重量%である。 The total amount of zinc or zinc compound present in the zinc / chromia catalyst of the present invention is typically about 0.01% to about 25, preferably 0.1% to about 25%, preferably 0. 01% to 6%, in some embodiments preferably 0.5% to about 25% by weight of the catalyst, preferably about 1-10% by weight of the catalyst, more preferably about 2-8% of the catalyst. By weight, for example about 4-6% by weight of the catalyst.
さらなる好ましい実施形態では、追加の金属化合物は、インジウム(例えば、In2O3の形態)および/またはジルコニウム(例えば、ZrO2の形態)を含むことができる。 In a further preferred embodiment, the additional metal compound can include indium (eg, in the form of In 2 O 3 ) and / or zirconium (eg, in the form of ZrO 2).
追加の金属またはその化合物は、典型的には、触媒の約0.01〜約25、好ましくは0.1%〜約25、好都合には0.01〜6重量%存在し、いくつかの実施形態では、好ましくは触媒の0.5重量%〜約25重量%、好ましくは触媒の約1〜10重量%、より好ましくは触媒の約2〜8重量%、例えば触媒の約4〜6重量%である。 Additional metals or compounds thereof are typically present in an amount of about 0.01 to about 25, preferably 0.1% to about 25, preferably 0.01 to 6% by weight of the catalyst, and some practices. In the form, preferably 0.5% to about 25% by weight of the catalyst, preferably about 1 to 10% by weight of the catalyst, more preferably about 2 to 8% by weight of the catalyst, for example about 4 to 6% by weight of the catalyst. Is.
他の実施形態では、触媒は、白金、鉄、クロム、および亜鉛から選択される1種以上の助触媒を有するアルミナ触媒であってもよい。助触媒の総量は、典型的には触媒の約0.1〜約60重量%、好ましくは触媒の約0.5〜約50重量%、例えば触媒の0.5重量%〜約25重量%、または触媒の約1〜10重量%である。 In other embodiments, the catalyst may be an alumina catalyst having one or more co-catalysts selected from platinum, iron, chromium, and zinc. The total amount of co-catalyst is typically about 0.1 to about 60% by weight of the catalyst, preferably about 0.5 to about 50% by weight of the catalyst, for example 0.5% to about 25% by weight of the catalyst. Or about 1-10% by weight of the catalyst.
そのような実施形態では、触媒が少なくとも80重量%(例えば少なくとも85重量%、少なくとも90重量%、少なくとも92重量%、少なくとも93重量%、少なくとも94重量%、少なくとも95重量%、または少なくとも96重量%)のクロミアを含むことが好ましい。 In such embodiments, the catalyst is at least 80% by weight (eg, at least 85% by weight, at least 90% by weight, at least 92% by weight, at least 93% by weight, at least 94% by weight, at least 95% by weight, or at least 96% by weight. ) Is preferably contained.
いくつかの実施形態では、触媒は、フッ素化された形態であってもよい。例えば、触媒は、高温でHFを用いて処理することによってフッ素化されていてもよい。 In some embodiments, the catalyst may be a fluorinated forms. For example, the catalyst may be fluorinated by treatment with HF at high temperatures.
有利なことには、本発明の触媒は、未使用、すなわち新規である。「未使用」とは、触媒が任意の試薬と接触する前、または任意の予備反応条件下に置かれる前、および/または触媒が反応を触媒するために事前に使用されたことも、もしくは再生されたこともない前に、触媒が上記の通り全細孔容積および平均細孔直径を有することを意味する。 Advantageously, the catalysts of the present invention are unused, i.e. novel. “Unused” means that the catalyst has not been contacted with any reagent, or has been placed under any pre-reaction conditions, and / or the catalyst has been used in advance to catalyze the reaction, or has been regenerated. It means that the catalyst has a total pore volume and an average pore diameter as described above, before it has been done.
本発明はまた、触媒の調製方法も提供し、前記方法は、
a)金属塩溶液および水酸化物溶液を調製する工程と、
b)7.5を超えるpHで溶液を混合して、金属水酸化物(複数可)を沈殿させる工程と、
c)沈殿した金属水酸化物を乾燥させる工程と、
d)金属水酸化物(複数可)を焼成して金属酸化物(複数可)を形成する工程と、を含む。
The present invention also provides a method for preparing a catalyst, wherein the method is:
a) Steps to prepare metal salt solution and hydroxide solution,
b) A step of mixing the solution at a pH exceeding 7.5 to precipitate a metal hydroxide (s) and a step of precipitating the metal hydroxide (s).
c) The step of drying the precipitated metal hydroxide and
d) The step of calcining the metal hydroxide (s) to form the metal oxide (s) is included.
好ましくは、金属塩は、水酸化物硝酸塩などの硝酸塩を含む。好ましい実施形態では、金属塩は、クロムを含み、Cr(OH)(NO3)2などの硝酸クロム塩を含むことができる。水酸化物溶液は、水酸化アンモニウム(NH4OH)を含むことができる。有利なことには、工程b)は、8を超えるpHで行われる。好ましくは、工程b)は、8.1、8.2、8.3、8.4、または8.5以上のpHで行われる。 Preferably, the metal salt comprises a nitrate such as a hydroxide nitrate. In a preferred embodiment, the metal salt contains chromium and can include chromium nitrate salts such as Cr (OH) (NO 3 ) 2. The hydroxide solution can contain ammonium hydroxide (NH 4 OH). Advantageously, step b) is carried out at a pH above 8. Preferably, step b) is performed at a pH of 8.1, 8.2, 8.3, 8.4, or 8.5 or higher.
いくつかの実施形態では、金属塩溶液は、約1mol/l〜約10mol/l、例えば約2mol/l〜約8mol/l、例えば約3mol/l〜約7mol/lまたは約4mol/l〜約6mol/lの濃度で提供される。 In some embodiments, the metal salt solution is from about 1 mol / l to about 10 mol / l, such as about 2 mol / l to about 8 mol / l, such as about 3 mol / l to about 7 mol / l or about 4 mol / l to about 4 mol / l. It is provided at a concentration of 6 mol / l.
いくつかの実施形態では、水酸化物溶液は、1mol/l〜約10mol/l、例えば約2mol/l〜約8mol/l、例えば約3mol/l〜約7mol/lまたは約4mol/l〜約6mol/lの濃度で提供される。 In some embodiments, the hydroxide solution is from 1 mol / l to about 10 mol / l, such as from about 2 mol / l to about 8 mol / l, such as from about 3 mol / l to about 7 mol / l or from about 4 mol / l to about 4 mol / l. It is provided at a concentration of 6 mol / l.
好ましくは、工程(b)は、水などの溶媒体中で溶液を混合することによって行われる。代替溶媒は、アルコール、グリコール、水混合物、および他の極性溶媒を含むことができる。 Preferably, step (b) is performed by mixing the solution in a solvent such as water. Alternative solvents can include alcohols, glycols, water mixtures, and other polar solvents.
好ましくは、工程b)は、実質的に一定の温度、例えば0〜50°C、好ましくは10〜30°Cで行われる。 Preferably, step b) is carried out at a substantially constant temperature, such as 0-50 ° C, preferably 10-30 ° C.
好ましくは、工程(b)は、混合溶液を撹拌しながら行われる。そのような撹拌は、例えばインペラ、ジェットミキサー、再循環ポンプなどの既知の好適な手段によって提供することができる。 Preferably, step (b) is carried out with stirring the mixed solution. Such agitation can be provided by known suitable means such as impellers, jet mixers, recirculation pumps and the like.
工程(b)中に形成された沈殿物は、好ましくは約5μm〜約20μm、例えば約7μm〜約15μmまたは約8μm〜約13μm、例えば約10μmの平均最長寸法を有する粒子を含む。そのような寸法は、集束ビーム反射率測定による測定に従う。 The precipitate formed during step (b) preferably contains particles having an average longest dimension of about 5 μm to about 20 μm, such as about 7 μm to about 15 μm or about 8 μm to about 13 μm, such as about 10 μm. Such dimensions follow measurements by focused beam reflectance measurements.
好ましくは、工程(c)は、例えば濾過または遠心作用によって、金属水酸化物沈殿物(複数可)のスラリーから液体を除去して、湿潤ケーキを生成することを含む。そのような濾過は、濾過膜全域にわたっての圧力差の適用を含むことができる。ケーキは、任意の乾燥または焼成の前に、好ましくは水(例えば、脱イオン水)またはアルカリ水溶液(例えば、水酸化アンモニウム)への曝露によって洗浄され得る。 Preferably, step (c) involves removing the liquid from the slurry of metal hydroxide precipitates (s) to produce a wet cake, for example by filtration or centrifugation. Such filtration can include the application of pressure differences across the filtration membrane. The cake can be washed, preferably by exposure to water (eg, deionized water) or alkaline aqueous solution (eg, ammonium hydroxide) prior to any drying or baking.
好ましくは、工程(c)は、ケーキを高温に曝露することによって、湿潤金属水酸化物(複数可)ケーキから液体、例えば残留液体を除去することを含む。そのような高温は、例えば50℃〜200℃であってもよく、より好ましくは80℃〜150℃、例えば約90℃〜約120℃であってもよい。沈殿物は、好ましくは、少なくとも15分間、例えば少なくとも30分間または少なくとも1時間にわたって高温に曝露される。特定の実施形態では、沈殿物は、6時間を超えてまたは12時間を超えて高温にさらすことができる。 Preferably, step (c) involves removing a liquid, eg, a residual liquid, from the wet metal hydroxide (s) cake by exposing the cake to high temperatures. Such a high temperature may be, for example, 50 ° C. to 200 ° C., more preferably 80 ° C. to 150 ° C., for example, about 90 ° C. to about 120 ° C. The precipitate is preferably exposed to high temperatures for at least 15 minutes, for example at least 30 minutes or at least 1 hour. In certain embodiments, the precipitate can be exposed to high temperatures for more than 6 hours or more than 12 hours.
工程(d)が好ましくは液体の除去および/または乾燥後に、金属水酸化物を焼成する工程を含むことも好ましい。そのような焼成工程は、金属水酸化物を約200℃〜約550℃、例えば約250℃〜約500℃、例えば約300℃〜約400℃の温度に加熱することを含むことができる。そのような焼成工程は、約5分〜約12時間の持続時間を有することができる。400℃に加熱される場合、約15%未満、例えば約12%未満または約10%未満、例えば約8%の400℃でのTGA強熱減量(LOI)を有する触媒を生成するのに十分な時間にわたって焼成を行うことは特に好ましい。 Step (d) preferably includes a step of firing the metal hydroxide after removing and / or drying the liquid. Such a firing step can include heating the metal hydroxide to a temperature of about 200 ° C. to about 550 ° C., such as about 250 ° C. to about 500 ° C., for example about 300 ° C. to about 400 ° C. Such a firing step can have a duration of about 5 minutes to about 12 hours. When heated to 400 ° C., sufficient to produce a catalyst with TGA ignition loss (LOI) at 400 ° C. of less than about 15%, such as less than about 12% or less than about 10%, for example about 8%. It is particularly preferable to perform firing over time.
本方法は、好ましくは、焼成金属酸化物とグラファイトとを混合して、約0.1重量%〜約10重量%のグラファイトを含む触媒組成物を提供することを含む。好ましい実施形態では、そのように形成された組成物は、約0.5重量%〜約5重量%のグラファイトを含むことができる。そのように形成された組成物が約1重量%〜約3重量%のグラファイトを含むことが最も好ましい。 The method preferably comprises mixing the calcined metal oxide with graphite to provide a catalyst composition comprising from about 0.1% by weight to about 10% by weight of graphite. In a preferred embodiment, the composition so formed can contain from about 0.5% to about 5% by weight graphite. Most preferably, the composition so formed contains from about 1% to about 3% by weight graphite.
好ましい実施形態では、金属酸化物および/または触媒組成物が押圧されて触媒ペレットを形成することができる。押圧は、約1〜10トン、例えば約5トンの荷重下で行われてもよい。そのように形成されるペレットは、約1mm〜約100mmの最長寸法を有することができる。いくつかの実施形態では、ペレットは、約1mm〜約10mm、例えば約3mm〜約5mmの最長寸法を有することができる。 In a preferred embodiment, the metal oxide and / or the catalyst composition can be pressed to form catalyst pellets. The pressing may be performed under a load of about 1-10 tons, for example about 5 tons. The pellets so formed can have a maximum dimension of about 1 mm to about 100 mm. In some embodiments, the pellet can have a longest dimension of about 1 mm to about 10 mm, for example about 3 mm to about 5 mm.
本発明のさらなる態様の実施形態では、C2〜3ヒドロハロカーボン種のフッ素化プロセスが提供され、このプロセスは、種と本発明による触媒とを接触させることを含む。これは、典型的にはHFの存在下で行われる。誤解を避けるために、C2〜3ヒドロハロカーボンという用語は、2個または3個の炭素による鎖を有し、1個以上の水素原子およびハロゲン(F、Cl、Br、I)を含有する飽和または不飽和化合物を含む。好ましい実施形態では、ヒドロハロカーボン種は、C3ヒドロハロカーボン種を含む。 In an embodiment of a further aspect of the invention, a fluorination process for C 2-3 hydrohalocarbon species is provided, which process involves contacting the species with a catalyst according to the invention. This is typically done in the presence of HF. For the avoidance of doubt, the term C 2-3 hydrohalocarbons has a chain of two or three carbons and contains one or more hydrogen atoms and halogens (F, Cl, Br, I). Includes saturated or unsaturated compounds. In a preferred embodiment, hydrohalocarbon species comprises a C 3 hydrohalocarbon species.
そのようなプロセスの例としては、トリクロロエチレンと触媒とをHFの存在下で接触させて、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(134a)を生成すること、1,1,1,2,3−ペンタクロロプロパン(240db)の2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(1233xf)への転化、1233xfの2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(1234yf)および/もしくは1,1,1,2,2−ペンタフルオロプロパン(245cb)への転化、1,1,1,3−テトラクロロプロパン(250fb)の3,3,3−トリフルオロプロペン(1243zf)への転化、または2,3−ジクロロ−1,1,1−トリフルオロプロパン(243db)の1233xfおよび/または1234yfへの転化を含む。 Examples of such processes include contacting trichloroethylene with a catalyst in the presence of HF to produce 1,1,1,2-tetrafluoroethane (134a), 1,1,1,2, Conversion of 3-pentachloropropane (240db) to 2-chloro-3,3,3-trifluoropropene (1233xf), 1,233xf of 2,3,3,3-tetrafluoropropene (1234yf) and / or 1,1 , 1,2,2-Pentafluoropropane (245cc) conversion, 1,1,1,3-tetrachloropropane (250fb) conversion to 3,3,3-trifluoropropene (1243zf), or 2, Includes conversion of 3-dichloro-1,1,1-trifluoropropane (243db) to 1233xf and / or 1234yf.
本発明の別の態様では、C2〜3ヒドロハロカーボン種(好ましくはC3ヒドロハロカーボン種)の脱ハロゲン化水素化のプロセスが提供され、このプロセスは、種と触媒とを接触、例えばヒドロ(ハロ)フルオロプロパンと触媒とを接触させて、フルオロプロペン、好ましくは1234ze((E)または(Z))または1234yfなどのテトラフルオロプロペン(1234)を生成することを含む。有利なことには、これは、245cbおよび/もしくは1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロパン(245eb)の2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(1234yf)および/もしくは1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(1234ze)への転化、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(245fa)の1234zeへの転化、または1−クロロ−1,3,3,3−テトラフルオロプロパンの1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン(1233zd)もしくは1234zeへの転化を含むことができる。 In another aspect of the present invention, C 2 to 3 hydrohalocarbon species (preferably C 3 hydrohalocarbon species) of dehydrohalogenation process is provided a process, contacting a seed and a catalyst, e.g. It involves contacting a hydro (halo) fluoropropane with a catalyst to produce a fluoropropene, preferably a tetrafluoropropene (1234) such as 1234ze ((E) or (Z)) or 1234yf. Advantageously, this is 245 cc and / or 1,1,1,2,3-pentafluoropropane (245 eb) 2,3,3,3-tetrafluoropropene (1234yf) and / or 1,3. , 3,3-Tetrafluoropropene (1234ze) conversion, 1,1,1,3,3-pentafluoropropane (245fa) conversion to 1234ze, or 1-chloro-1,3,3,3- Conversion of tetrafluoropropane to 1-chloro-3,3,3-trifluoropropene (1233zd) or 1234ze can be included.
本発明のさらなる態様では、HFを除去する、または飽和C2〜3ヒドロハロカーボン種(好ましくはC3ヒドロハロカーボン種)から除去するプロセスが提供され、このプロセスは、種と本発明による触媒とを接触させることを含む。 A further aspect of the invention provides a process of removing HF or removing from saturated C 2-3 hydrohalocarbon species (preferably C 3 hydrohalocarbon species), the process of which is the species and the catalyst according to the invention. Includes contact with.
本発明の別の態様では、HFを不飽和C2〜3ヒドロハロカーボン種(好ましくはC3ヒドロハロカーボン種)に添加するプロセスが提供され、このプロセスは、種と本発明による触媒とを接触させることを含む。 In another aspect of the invention is provided a process of adding HF to unsaturated C 2-3 hydrohalocarbon species (preferably C 3 hydrohalocarbon species), the process of combining the species with the catalyst according to the invention. Including contact.
特許請求の範囲に記載のプロセスは、液相または気相で行うことができるが、好ましくは気相で行われる。このプロセスは、大気圧、準大気圧、または超大気圧、典型的には0〜約30bara、好ましくは約1〜約20bara、例えば15baraで行うことができる。 The process described in the claims can be carried out in the liquid phase or the gas phase, but is preferably carried out in the gas phase. This process can be carried out at atmospheric pressure, quasi-atmospheric pressure, or ultra-atmospheric pressure, typically 0 to about 30 bara, preferably about 1 to about 20 bara, eg 15 bara.
典型的には、本発明の気相プロセスは、約100℃〜約500℃(例えば、約150℃〜約500℃または約100℃〜約450℃)の温度で行われる。好ましくは、本プロセスは、約150℃〜約450℃、例えば約150℃〜約400℃、例えば約175℃〜約300℃の温度で行われる。より低い温度、例えば約150℃〜約350℃、例えば約150℃〜約300℃または約150℃〜約250℃もまた、250fbから1243zfへの転化において使用することができる。 Typically, the gas phase process of the present invention is carried out at a temperature of about 100 ° C. to about 500 ° C. (eg, about 150 ° C. to about 500 ° C. or about 100 ° C. to about 450 ° C.). Preferably, the process is carried out at a temperature of about 150 ° C. to about 450 ° C., such as about 150 ° C. to about 400 ° C., for example about 175 ° C. to about 300 ° C. Lower temperatures, such as about 150 ° C. to about 350 ° C., such as about 150 ° C. to about 300 ° C. or about 150 ° C. to about 250 ° C., can also be used in the conversion from 250 fb to 1243 zf.
本プロセスは、典型的には、約1:1〜約100:1、例えば約3:1〜約50:1、例えば約4:1〜約30:1、または約5:1もしくは6:1〜約20:1もしくは30:1のHF:有機物のモル比を使用する。 The process typically involves about 1: 1 to about 100: 1, such as about 3: 1 to about 50: 1, such as about 4: 1 to about 30: 1, or about 5: 1 or 6: 1. Use a HF: organic molar ratio of ~ about 20: 1 or 30: 1.
本プロセスの反応時間は、一般に、約1秒〜約100時間、好ましくは約10秒〜約50時間、例えば約1分〜約10または20時間である。連続プロセスでは、触媒と試薬との典型的な接触時間は、約1〜約1000秒、例えば約1〜約500秒、または約1〜約300秒、または約1〜約50、100、もしくは200秒である。 The reaction time of this process is generally from about 1 second to about 100 hours, preferably from about 10 seconds to about 50 hours, such as from about 1 minute to about 10 or 20 hours. In a continuous process, the typical contact time between the catalyst and the reagent is about 1 to about 1000 seconds, such as about 1 to about 500 seconds, or about 1 to about 300 seconds, or about 1 to about 50, 100, or 200. Seconds.
本発明は、以下の非限定的な実施例によって例示され、以下の図によって例示される。 The present invention is illustrated by the following non-limiting examples and illustrated by the following figures.
実施例1〜7の触媒を以下の方法によって生成した:
500mLの脱イオン水ヒールを、オーバーフロー、オーバーヘッド撹拌機、pHプローブ、および熱電対を装着した1.7Lのジャケット付きガラス容器に添加し、15°Cに冷却した。撹拌機を500rpmで作動させ、実施例5に保存し、250rpmで回転させた。
The catalysts of Examples 1-7 were produced by the following methods:
500 mL of deionized water heel was added to a 1.7 L jacketed glass container equipped with an overflow, overhead stirrer, pH probe, and thermocouple and cooled to 15 ° C. The stirrer was operated at 500 rpm, stored in Example 5 and rotated at 250 rpm.
600mLビーカー中で、Zn(NO3)2.6H2O(19.03g)をCr(NO3)2(OH)(水溶液)(500g)の溶液に溶解した。別のビーカーに、500gの17%NH4OH溶液を用意した。 Zn (NO 3 ) in a 600 mL beaker 2 . 6H 2 O (19.03 g) was dissolved in a solution of Cr (NO 3 ) 2 (OH) (aqueous solution) (500 g). In another beaker, 500 g of a 17% NH 4 OH solution was prepared.
金属およびアンモニア溶液を5ml/分で冷却水にポンプ輸送した。緑色/青色の固体の沈殿がすぐに起こる。以下の表1に示されるように、混合物のpHを監視し、反応物の流量を各実施例の目標pHを維持するように調整した。すべての金属溶液が添加されるまで反応を続けた。 The metal and ammonia solutions were pumped into the cooling water at 5 ml / min. Immediate precipitation of green / blue solids occurs. As shown in Table 1 below, the pH of the mixture was monitored and the flow rate of the reactants was adjusted to maintain the target pH of each example. The reaction was continued until all the metal solutions were added.
スラリーを濾過ケーキが形成されるまで真空下で濾過し、次いで脱イオン水(例「a」)または希アンモニア水溶液(例「b」)で4回洗浄した。 The slurry was filtered under vacuum until a filtered cake was formed and then washed 4 times with deionized water (eg "a") or dilute aqueous ammonia solution (eg "b").
次いで、濾過ケーキを標準オーブン中105℃で一晩乾燥させ、続いて流動窒素下(200ml/分)300℃で12時間焼成して、6.5%のZnO/Cr2O3を生成した。室炉の加熱速度は2℃/分に設定されていた。焼成時の質量損失率を記録した。 The filtered cake was then dried in a standard oven at 105 ° C. overnight and then baked under flowing nitrogen (200 ml / min) at 300 ° C. for 12 hours to produce 6.5% ZnO / Cr 2 O 3 . The heating rate of the chamber furnace was set to 2 ° C./min. The mass loss rate during firing was recorded.
ワーリングブレンダー中で、2重量%のグラファイトを冷却された焼成触媒前駆体とブレンドし、得られた混合物を<250μmに篩い分けした。篩い分けされた混合物を32mmペレットダイ中で5トンの荷重下でペレット(1ペレット当たり3g)に成形した。 In a Waring blender, 2 wt% graphite was blended with the cooled calcination catalyst precursor and the resulting mixture was sieved to <250 μm. The sieved mixture was molded into pellets (3 g per pellet) under a load of 5 tonnes in a 32 mm pellet die.
次いでペレットを触媒試験のためにメッシュサイズ0.5〜1.4mmに粉砕した。表面積、細孔容積、およびサイズを、N2吸着/脱着圧入法によって測定した。Zn含有量を蛍光X線分光法によって測定した。結果を比較例1についての結果と共に表1に示す。クロミア触媒は、160〜200m2/gの比表面積、および0.22cm3/gを超える細孔容積を有していた。
データは、沈殿のpHが上昇すると、沈殿触媒の細孔容積の有意な上昇がもたらされることを明確に示している。 The data clearly show that an increase in the pH of the precipitate results in a significant increase in the pore volume of the precipitation catalyst.
ペレット化された触媒を、トリクロロエチレンを134aに転化することにおける触媒の有効性について試験した。大気圧スクリーニング装置には、それぞれ独立したHF、有機物、および窒素供給物を有する4つの反応管が装備されていた。有機物供給システムにトリクロロエチレンを充填した。各反応器に、0.5〜1.4mmの範囲の粒径を有する2gの触媒を充填した。最初に窒素流(60ml/分)を反応器入口に向け、触媒を250℃で1時間乾燥させた。 The pelleted catalyst was tested for catalyst effectiveness in converting trichlorethylene to 134a. The atmospheric pressure screening device was equipped with four reaction tubes, each with an independent HF, organic matter, and nitrogen supply. The organic matter supply system was filled with trichlorethylene. Each reactor was loaded with 2 g of catalyst having a particle size in the range of 0.5-1.4 mm. First, a stream of nitrogen (60 ml / min) was directed at the reactor inlet and the catalyst was dried at 250 ° C. for 1 hour.
触媒乾燥操作に次いで、HF蒸気を30ml/分の流量で、窒素(60ml/分)で希釈して各反応器に供給し、HFが反応器中にオフガスが観察されるまで、触媒上を250℃で約30分間通過させた。この時点で、窒素流(30ml/分に低減した)を反応器出口に向け直した。次いで、触媒を、温度を毎時40℃で450℃まで上昇させる前に、250℃でさらに1時間HF:N2(30:5−ml/分)流に曝露した。これらの温度を10時間保持した。 Following the catalyst drying operation, HF vapor is diluted with nitrogen (60 ml / min) at a flow rate of 30 ml / min and fed to each reactor, 250 on the catalyst until HF is observed off-gas in the reactor. It was allowed to pass at ° C. for about 30 minutes. At this point, the nitrogen stream (reduced to 30 ml / min) was redirected towards the reactor outlet. The catalyst was then exposed to a HF: N 2 (30: 5-ml / min) stream at 250 ° C. for an additional hour before raising the temperature to 450 ° C. at 40 ° C. per hour. These temperatures were maintained for 10 hours.
反応器を最初に350℃に冷却し、トリクロロエチレンを10℃で液体トリクロロエチレンを介して散布窒素(8ml/分)によって触媒上に供給した。これにより0.5ml/分の流量のトリクロロエチレンガスが得られた。触媒を、反応器温度を300℃に低減させる前に、HF:トリクロロエチレン:N2(30:0.5:10−ml/分)ガス流内約2時間で平衡化させた。それぞれからの133aおよび134aの生成を測定する前に、触媒を再び約1時間平衡化させた。反応器全域にわたって温度および収率を監視した。 The reactor was first cooled to 350 ° C. and trichlorethylene was fed onto the catalyst at 10 ° C. via liquid trichlorethylene by sprayed nitrogen (8 ml / min). As a result, trichlorethylene gas having a flow rate of 0.5 ml / min was obtained. The catalyst was equilibrated in a HF: trichlorethylene: N 2 (30: 0.5: 10-ml / min) gas stream for about 2 hours before reducing the reactor temperature to 300 ° C. The catalyst was re-equilibrated for about 1 hour before measuring the formation of 133a and 134a from each. Temperature and yield were monitored throughout the reactor.
次いで、有機物供給を止め、触媒上に30ml/分のHFを流しながら、反応器温度を40℃/時で490℃に上昇させ、これを10時間保持し、350℃に冷却した。次いで、トリクロロエチレンを上記のように用意した。このプロセスを514℃のストレス温度、いくつかの実施例については522℃で繰り返した。 Next, the supply of organic matter was stopped, and the reactor temperature was raised to 490 ° C. at 40 ° C./hour while flowing 30 ml / min HF on the catalyst, which was held for 10 hours and cooled to 350 ° C. Then, trichlorethylene was prepared as described above. This process was repeated at a stress temperature of 514 ° C, 522 ° C for some examples.
活性および安定性の結果は、同じ条件下で試験される市販の触媒である比較例1の結果との比較として示される。 The activity and stability results are shown as a comparison with the results of Comparative Example 1, which is a commercially available catalyst tested under the same conditions.
活性を計算に従って決定する。
活性=50−(S2−RT)
式中、S2は、ストレス温度2で10%の134aの収率を得るための予測反応温度であり、RTは、287.5℃である。
The activity is determined by calculation.
Activity = 50- (S2-RT)
In the formula, S2 is the predicted reaction temperature for obtaining a yield of 134a of 10% at the stress temperature of 2, and RT is 287.5 ° C.
安定性を計算に従って決定する。
安定性=50−(S3−RT)
式中、S3は、ストレス温度3で10%の134aの収率を得るための予測反応温度であり、RTは、287.5℃である。
Stability is determined by calculation.
Stability = 50- (S3-RT)
In the formula, S3 is the predicted reaction temperature for obtaining a yield of 134a of 10% at a stress temperature of 3, and RT is 287.5 ° C.
結果を以下の表2に示す。
結果は、先行技術の触媒に比べて、細孔容積および細孔幅の増大と、安定性および活性の増大との間の明確な相関関係を示している。この活性は、市販の触媒と比較して表面積が減少した場合でも持続されるようである。 The results show a clear correlation between increased pore volume and width and increased stability and activity compared to prior art catalysts. This activity appears to persist even when the surface area is reduced compared to commercially available catalysts.
比較例8、9、および10、ならびに実施例11
表3を参照して以下に記載されるように適合される、実施例1〜8の方法に実質的に従って触媒を調製した。
Comparative Examples 8, 9, and 10 and Example 11
Catalysts were prepared substantially according to the methods of Examples 1-8, adapted as described below with reference to Table 3.
Mettler Toledo Optimax自動化実験室反応器に、オーバーヘッド撹拌を備えた集束ビーム反射測定(FBRM)G400 14mmプローブを装着し、500mlの脱イオン水ヒールを充填した。 A Mettler Toledo Optimax automated laboratory reactor was fitted with a focused beam reflection measurement (FBRM) G400 14 mm probe with overhead agitation and filled with 500 ml of deionized water heel.
金属溶液を5ml/分で反応器にポンプ輸送した。17%の水酸化アンモニウム溶液も5ml/分で添加した。pHを注意して監視し、反応物の流速を目標pHを維持するように変更した。300gの金属溶液が添加されるまで反応を続けた。FBRM G400プローブを用いて、反応中に沈殿物の粒径を監視した。
得られたスラリーを真空濾過し、脱イオン水で3回洗浄した。濾過ケーキを110℃で乾燥させ、次いで流動窒素下(200ml/分)、300℃で12時間焼成して、Cr2O3および6.5%のZnO/Cr2O3を生成した。これを5トンでペレット化する前に、粉砕し2%グラファイトと混合した。 The resulting slurry was vacuum filtered and washed 3 times with deionized water. The filtered cake was dried at 110 ° C. and then baked under fluid nitrogen (200 ml / min) at 300 ° C. for 12 hours to produce Cr 2 O 3 and 6.5% Zn O / Cr 2 O 3 . This was ground and mixed with 2% graphite before pelleting at 5 tonnes.
比較例8
図1および2、ならびに表4は、投与の開始から2、6、および15分後、ならびに投与が完了した後の測定粒径分布を示す。開始から2分後には、非常に小さな粒子がほとんどであるが、いくつかの大きな粒子も存在する。これらの大きな粒子は、投与開始から6分後には存在しなくなり、その時点までに小さな粒子の総数は最大となる。その後、分布は大きなサイズへの段階的なシフトを示す。
Figures 1 and 2 and Table 4 show the measured
比較例9
図3および4、ならびに表5は、投与の開始から2、6、および15分後、ならびに投与が完了した後の測定粒径分布を示す。開始から2分後には、大きな粒子の存在がほとんどである。しかし6分で、大きな粒子の数は低減し、小さな粒子の数は有意に増加した。粒子システムは、投与の最後の15分間ではほとんど変化を示さない。
Figures 3 and 4 and Table 5 show the measured
比較例10
図5および6、ならびに表6は、投与の開始から2、6、および15分後、ならびに投与が完了した後の測定粒径分布を示す。開始から2分後には、小さな粒子の存在がほとんどであり、それは6分に達すると数が増加する。その後、それらの小さな粒子の総数は徐々に減少し、大きな粒子の数は増加する。
Figures 5 and 6 and Table 6 show the measured
実施例11
図7および8、ならびに表7は、投与の開始から2、6、および15分後、ならびに投与が完了した後の測定粒径分布を示す。分布は、投与のプロセスにわたって、より小さい粒子の数が徐々に増加することを示す。投与の最後の15分間では、より大きな粒子の数が減少する。
7 and 8 and Table 7 show the measured
図9は、比較例8および9についての微粒子総数(5μm未満および8μm〜25μmの両方)についてのリアルタイムデータ収集を示す。これから、流れの乱れまたはpH変動の影響を即座に見ることができた。それはまた、最終スラリーを長時間撹拌したままにしても粒子サイズまたは分布に影響を及ぼさなかったことを実証している。 FIG. 9 shows real-time data collection for the total number of microparticles (both less than 5 μm and 8 μm to 25 μm) for Comparative Examples 8 and 9. From this, the effects of flow turbulence or pH fluctuations could be seen immediately. It also demonstrates that leaving the final slurry agitated for extended periods of time did not affect particle size or distribution.
スラリーの最終粒径分布の比較を、図10および11、ならびに表8に示す。結果は、沈殿物のpHを増加させることが、粒子総数および粒径に有意な影響を与えることを明確に示している。pH8.5での両方の実験は、pH7.0でのものよりも小さい平均サイズ、およびより小さな粒子を有する。金属の組成を変えることも効果があるが、規模はずっと小さくなる。亜鉛を用いた両方の実験は、クロムのみの対応品と比較してわずかに小さい平均サイズを示す。 A comparison of the final particle size distributions of the slurries is shown in FIGS. 10 and 11 and Table 8. The results clearly show that increasing the pH of the precipitate has a significant effect on the total number of particles and particle size. Both experiments at pH 8.5 have smaller average sizes and smaller particles than those at pH 7.0. Changing the composition of the metal is also effective, but on a much smaller scale. Both experiments with zinc show a slightly smaller average size compared to the chromium-only counterpart.
得られた乾燥した焼成ペレット化触媒をN2吸着/脱着圧入法によって試験して、表面積、全細孔容積、および平均細孔直径を決定した。結果を以下の表8に示す。
比較例8および10の(pH7で調整された)触媒は、スラリー中でより大きい粒径、およびより大きいBET表面積、およびより小さい細孔直径、およびより小さい容積を有することが明らかである。対照的に、比較例9および実施例11の(pH8.5調整された)触媒は、スラリー中でより小さい粒径を有し、より小さいBET表面積、およびより大きい細孔直径、およびより大きい容積をもたらした。 It is clear that the catalysts of Comparative Examples 8 and 10 (adjusted at pH 7) have a larger particle size, a larger BET surface area, a smaller pore diameter, and a smaller volume in the slurry. In contrast, the catalysts of Comparative Examples 9 and 11 (pH 8.5 adjusted) had a smaller particle size in the slurry, a smaller BET surface area, and a larger pore diameter, and a larger volume. Brought.
比較例8、9、および10、ならびに実施例11の触媒を実施例1〜7と同じ性能試験に供した。結果を以下の表9に示す。
これらの結果は、比較例8および10に比べ比較例9および実施例11の触媒の安定性の向上を示す。これは、BET表面積を超えた沈殿の際に、より大きい細孔径、より大きい細孔容積、および/またはより小さい沈殿粒子直径を支持することが、触媒における性能の向上をもたらすことを実証する。これらのパラメータは、沈殿物のpHの制御によって制御することができる。 These results show the improvement in catalyst stability of Comparative Examples 9 and 11 as compared with Comparative Examples 8 and 10. This demonstrates that supporting larger pore diameters, larger pore volumes, and / or smaller precipitated particle diameters in the case of precipitation above the BET surface area results in improved performance in the catalyst. These parameters can be controlled by controlling the pH of the precipitate.
本発明の所与の態様、特徴、またはパラメータにおける選好および選択肢は、特に文脈に示されない限り、本発明のすべての他の態様、特徴、およびパラメータにおける任意のおよびすべての選好および選択肢と組み合わせて開示されているようみなされるべきである。 Preferences and options in a given aspect, feature, or parameter of the invention are combined with any and all preferences and options in all other aspects, features, and parameters of the invention, unless otherwise indicated in the context. It should be considered as disclosed.
実施例、および比較例12〜23
比較例の触媒を以下の方法に従って作製した。20 500mLの脱イオン水ヒールを、オーバーフロー、オーバーヘッド撹拌機、pHプローブ、および熱電対を装着した1.7Lのジャケット付きガラス容器に添加し、15°Cに冷却した。撹拌機を500rpmで作動させた。
Examples and Comparative Examples 12-23
The catalyst of the comparative example was prepared according to the following method. 20 500 mL of deionized water heel was added to a 1.7 L jacketed glass container equipped with an overflow, overhead stirrer, pH probe, and thermocouple and cooled to 15 ° C. The stirrer was operated at 500 rpm.
Cr(NO3)2(OH)(水溶液)の溶液(1036g)を2000mLビーカーに量り取った。別のビーカーに、599gの17%NH4OH溶液を用意した。 A solution (1036 g) of Cr (NO 3 ) 2 (OH) (aqueous solution) was weighed in a 2000 mL beaker. In another beaker, 599 g of a 17% NH 4 OH solution was prepared.
金属およびアンモニア溶液を5ml/分で冷却水にポンプ輸送した。緑色/青色の固体の沈殿がすぐに起こる。混合物のpHを監視し、反応物の流量を目標pH8.5を維持するように調整した。すべての金属溶液が添加されるまで反応を続けた。 The metal and ammonia solutions were pumped into the cooling water at 5 ml / min. Immediate precipitation of green / blue solids occurs. The pH of the mixture was monitored and the flow rate of the reactants was adjusted to maintain the target pH of 8.5. The reaction was continued until all the metal solutions were added.
水酸化クロムスラリーを2つの部分に分け、濾過ケーキが形成されるまで真空下で別々に濾過し、次いでそれぞれを脱イオン水(3×500mL)で3回洗浄した。得られた濾過ケーキを混合して、次いで4つに分けた。次いで、ケーキの一部を標準オーブン中80℃で3日間乾燥させ、比較例20の触媒を形成した。残りの3つを、マグネチック撹拌バーを備えた200mLの脱イオン水を含む別個のビーカー(600ml)に入れ、濾過ケーキが再スラリー化されるまで混合した。 The chromium hydroxide slurry was divided into two parts, filtered separately under vacuum until a filtered cake was formed, then each was washed 3 times with deionized water (3 x 500 mL). The resulting filtered cake was mixed and then divided into four parts. A portion of the cake was then dried in a standard oven at 80 ° C. for 3 days to form the catalyst of Comparative Example 20. The remaining three were placed in a separate beaker (600 ml) containing 200 mL of deionized water with a magnetic stirring bar and mixed until the filtered cake was reslurried.
実施例21について、MoCl5(1.08g)を20mlの脱イオン水に添加し、得られた溶液を水酸化クロムスラリーを含むビーカーのうちの1つに添加し、室温で2時間撹拌した。 For Example 21, MoCl 5 (1.08 g) was added to 20 ml of deionized water, the resulting solution was added to one of the beakers containing the chromium hydroxide slurry and stirred at room temperature for 2 hours.
実施例22について、NiCl2.6H2O(1.53g)を20mlの脱イオン水に添加し、得られた溶液を水酸化クロムスラリーを含むビーカーのうちの1つに添加し、室温で2時間撹拌した。 Regarding Example 22, NiCl 2 . 6H 2 O (1.53 g) was added to 20 ml of deionized water, the resulting solution was added to one of the beakers containing the chromium hydroxide slurry and stirred at room temperature for 2 hours.
実施例23について、NbCl5(1.10g)を20mlのメタノールに添加し、得られた溶液を水酸化クロムスラリーを含むビーカーのうちの1つに添加し、室温で2時間撹拌した。 For Example 23, NbCl 5 (1.10 g) was added to 20 ml of methanol, the resulting solution was added to one of the beakers containing the chromium hydroxide slurry, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours.
次いで、上記スラリーのそれぞれを標準オーブン中80°Cで3日間乾燥させ、続いて流動窒素下(200ml/分)300℃で12時間焼成して、金属酸化物/Cr2O3(金属=Ni、Nb、またはMo)を生成した。室炉の加熱速度は2℃/分に設定されていた。焼成時の質量損失率を記録した。 Next, each of the above slurries was dried in a standard oven at 80 ° C. for 3 days, and then calcined under flowing nitrogen (200 ml / min) at 300 ° C. for 12 hours to obtain metal oxide / Cr 2 O 3 (metal = Ni). , Nb, or Mo) was generated. The heating rate of the chamber furnace was set to 2 ° C./min. The mass loss rate during firing was recorded.
ワーリングブレンダー中で、2重量%のグラファイトを冷却された焼成触媒前駆体とブレンドし、得られた混合物を<250μmに篩い分けした。篩い分けされた混合物を32mmペレットダイ中で5トンの荷重下でペレット(1ペレット当たり3g)に成形した。 In a Waring blender, 2 wt% graphite was blended with the cooled calcination catalyst precursor and the resulting mixture was sieved to <250 μm. The sieved mixture was molded into pellets (3 g per pellet) under a load of 5 tonnes in a 32 mm pellet die.
次いでペレットを触媒試験のためにメッシュサイズ0.5〜1.4mmに粉砕した。表面積、細孔容積、およびサイズを、N2吸着/脱着圧入法によって測定した。Ni、Mo、およびNb含有量を蛍光X線分光法によって測定した。 The pellets were then ground to a mesh size of 0.5-1.4 mm for catalytic testing. Surface area, pore volume, and the size was measured by N 2 adsorption / desorption porosimetry. The Ni, Mo, and Nb contents were measured by X-ray fluorescence spectroscopy.
これらの触媒の性能を、243dbのフッ素化からの1234yfの生成について試験し、様々な量の助触媒を含有する市販のクロミア触媒(CE12〜CE19)についての性能と比較した。各触媒の細孔容積および直径も試験した。 The performance of these catalysts was tested for the formation of 1234yf from 243db fluorination and compared to the performance of commercially available Chromia catalysts (CE12-CE19) containing varying amounts of co-catalysts. The pore volume and diameter of each catalyst were also tested.
大気圧スクリーニング装置には、それぞれ独立したHF、有機物、および窒素供給物を有する4つの反応管が装備されていた。有機物供給システムに243dbを充填した。各反応器に、0.5〜1.4mmの範囲の粒径を有する2mlの触媒を充填した。最初に窒素流(60ml/分)を反応器入口に向け、触媒を200°Cで2時間乾燥させた。 The atmospheric pressure screening device was equipped with four reaction tubes, each with an independent HF, organic matter, and nitrogen supply. The organic matter supply system was filled with 243db. Each reactor was filled with 2 ml of catalyst having a particle size in the range of 0.5-1.4 mm. First, a stream of nitrogen (60 ml / min) was directed at the reactor inlet and the catalyst was dried at 200 ° C. for 2 hours.
触媒乾燥操作に次いで、HF蒸気を30ml/分の流量で、窒素(60ml/分)で希釈して各反応器に供給し、HFが反応器中にオフガスが観察されるまで、触媒上を300°Cで約60分間通過させた。この時点で、窒素流(30ml/分に低減した)を反応器出口に向け直した。反応器温度を、毎時40℃で360°Cに上昇させた。これらの温度を10時間保持した。 Following the catalyst drying operation, HF vapor is diluted with nitrogen (60 ml / min) at a flow rate of 30 ml / min and fed to each reactor, 300 on the catalyst until HF is observed off-gas in the reactor. It was allowed to pass at ° C for about 60 minutes. At this point, the nitrogen stream (reduced to 30 ml / min) was redirected towards the reactor outlet. The reactor temperature was raised to 360 ° C at 40 ° C. per hour. These temperatures were maintained for 10 hours.
反応器を350℃に冷却し、243dbを10℃で液体243dbを介して散布窒素(4〜6ml/分)によって触媒上に供給した。これにより0.5〜1ml/分の流量の243dbガスが得られた。GC分析のためにDI水を用いて反応器オフガスをガラスビュレットに試料抽出する前に、触媒を約1時間HF:243db:N2(30:0.5〜1.0:4〜6ml/分)ガス流中で平衡化させた。結果を以下の表10に示す。
結果は、本発明の触媒を利用した場合、1234yfに対する選択性の明確な向上を示している。さらに、結果は、本発明の触媒が一度使用されると有意な細孔拡大を示し、いかなる理論にも束縛されることを望むものではないが、それは未使用触媒において高い細孔容積および平均細孔直径を提供する効果を増幅することができる。 The results show a clear improvement in selectivity for 1234yf when the catalyst of the present invention is used. Moreover, the results show significant pore enlargement once the catalysts of the invention are used and are not desired to be bound by any theory, but it is high pore volume and average fineness in unused catalysts. The effect of providing the pore diameter can be amplified.
実施例24
500mLの脱イオン水ヒールを、オーバーフロー、オーバーヘッド撹拌機、pHプローブ、および熱電対を装着した1.7Lのジャケット付きガラス容器に添加し、15°Cに冷却した。撹拌機を500rpmで作動させ、実施例5に保存し、250rpmで回転させた。
Example 24
500 mL of deionized water heel was added to a 1.7 L jacketed glass container equipped with an overflow, overhead stirrer, pH probe, and thermocouple and cooled to 15 ° C. The stirrer was operated at 500 rpm, stored in Example 5 and rotated at 250 rpm.
600mLビーカー中で、Zn(NO3)2.6H2O(19.03g)をCr(NO3)2(OH)(水溶液)(500g)の溶液に溶解した。別のビーカーに、500gの17%NH4OH溶液を用意した。 Zn (NO 3 ) in a 600 mL beaker 2 . 6H 2 O (19.03 g) was dissolved in a solution of Cr (NO 3 ) 2 (OH) (aqueous solution) (500 g). In another beaker, 500 g of a 17% NH 4 OH solution was prepared.
金属およびアンモニア溶液を5ml/分で冷却水にポンプ輸送した。緑色/青色の固体の沈殿がすぐに起こる。以下の表1に示されるように、混合物のpHを監視し、反応物の流量を各実施例の目標pHを維持するように調整した。すべての金属溶液が添加されるまで反応を続けた。 The metal and ammonia solutions were pumped into the cooling water at 5 ml / min. Immediate precipitation of green / blue solids occurs. As shown in Table 1 below, the pH of the mixture was monitored and the flow rate of the reactants was adjusted to maintain the target pH of each example. The reaction was continued until all the metal solutions were added.
スラリーを濾過ケーキが形成されるまで真空下で濾過し、次いで脱イオン水(例「a」)または希アンモニア水溶液(例「b」)で4回洗浄した。 The slurry was filtered under vacuum until a filtered cake was formed and then washed 4 times with deionized water (eg "a") or dilute aqueous ammonia solution (eg "b").
次いで、濾過ケーキを標準オーブン中105℃で一晩乾燥させ、続いて流動窒素下(200ml/分)300℃で12時間焼成して、6.5%のZnO/Cr2O3を生成した。室炉の加熱速度は2℃/分に設定されていた。焼成時の質量損失率を記録した。 The filtered cake was then dried in a standard oven at 105 ° C. overnight and then baked under flowing nitrogen (200 ml / min) at 300 ° C. for 12 hours to produce 6.5% ZnO / Cr 2 O 3 . The heating rate of the chamber furnace was set to 2 ° C./min. The mass loss rate during firing was recorded.
ワーリングブレンダー中で、2重量%のグラファイトを冷却された焼成触媒前駆体とブレンドし、得られた混合物を<250μmに篩い分けした。篩い分けされた混合物を32mmペレットダイ中で5トンの荷重下でペレット(1ペレット当たり3g)に成形した。 In a Waring blender, 2 wt% graphite was blended with the cooled calcination catalyst precursor and the resulting mixture was sieved to <250 μm. The sieved mixture was molded into pellets (3 g per pellet) under a load of 5 tonnes in a 32 mm pellet die.
次いでペレットを触媒試験のためにメッシュサイズ0.5〜1.4mmに粉砕した。表面積、細孔容積、およびサイズを、N2吸着/脱着圧入法によって測定した。Zn含有量を蛍光X線分光法によって測定した。 The pellets were then ground to a mesh size of 0.5-1.4 mm for catalytic testing. Surface area, pore volume, and the size was measured by N 2 adsorption / desorption porosimetry. The Zn content was measured by fluorescent X-ray spectroscopy.
実施例25
500mLの脱イオン水ヒールを、オーバーフロー、オーバーヘッド撹拌機、pHプローブ、および熱電対を装着した1.7Lのジャケット付きガラス容器に添加し、15°Cに冷却した。撹拌機を411rpmで作動させた。Cr(NO3)2(OH)(水溶液)の溶液(500g)を600mLビーカーに量り取り、In(NO3)3.3H2O (13.3g)および17%のNH4OH溶液(318g)を別のビーカーに量り取った。次いで、触媒を、目標pH8.5で、実施例24と同じ手順によって調製し、スラリーを脱イオン水(3×600mL)で洗浄した。
Example 25
500 mL of deionized water heel was added to a 1.7 L jacketed glass container equipped with an overflow, overhead stirrer, pH probe, and thermocouple and cooled to 15 ° C. The stirrer was operated at 411 rpm. Weigh a solution (500 g) of Cr (NO 3 ) 2 (OH) (aqueous solution) into a 600 mL beaker, and In (NO 3 ) 3 . 3H 2 O (13.3 g) and 17% NH 4 OH solution (318 g) were weighed into another beaker. The catalyst was then prepared at a target pH of 8.5 by the same procedure as in Example 24 and the slurry was washed with deionized water (3 x 600 mL).
実施例26
500mLの脱イオン水ヒールを、オーバーフロー、オーバーヘッド撹拌機、pHプローブ、および熱電対を装着した1.7Lのジャケット付きガラス容器に添加し、15°Cに冷却した。撹拌機を406rpmで作動させた。Cr(NO3)2(OH)(水溶液)の溶液(500g)を600mLビーカーに量り取り、ZrOCl2.8H2O(13.6g)のメタノール(50mL)溶液および17%のNH4OH溶液(350g)を別のビーカーに量り取った。次いで、触媒を、目標pH8.5で、実施例24と同じ手順によって調製し、スラリーを脱イオン水(3×600mL)で洗浄した。
Example 26
500 mL of deionized water heel was added to a 1.7 L jacketed glass container equipped with an overflow, overhead stirrer, pH probe, and thermocouple and cooled to 15 ° C. The stirrer was operated at 406 rpm. Weigh a solution (500 g) of Cr (NO 3 ) 2 (OH) (aqueous solution) into a 600 mL beaker, and ZrOCl 2 . A solution of 8H 2 O (13.6 g) in methanol (50 mL) and a 17% solution of NH 4 OH (350 g) was weighed into another beaker. The catalyst was then prepared at a target pH of 8.5 by the same procedure as in Example 24 and the slurry was washed with deionized water (3 x 600 mL).
1233xfから1234yfおよび245cbの生成
実施例24〜26の触媒の性能を、HFとの接触による1233xfのフッ素化からの1234yfおよび245cbの生成について試験した。結果を市販のクロミア触媒(比較例27)および市販のZnドープクロミア触媒(比較例28)の結果と比較した。
Production of 1234yf and 245cc from 1233xf The performance of the catalysts of Examples 24-26 was tested for the production of 1234yf and 245cc from fluorination of 1233xf by contact with HF. The results were compared with the results of a commercially available Chromia catalyst (Comparative Example 27) and a commercially available Zn-doped Chromia catalyst (Comparative Example 28).
各触媒(3mL、0.5〜1.4mm)を、インコネルメッシュによって支持された0.5インチのODインコネル625反応器に充填した。触媒を、予備フッ素化の前に少なくとも2時間、60mL/分の流動窒素下で250℃で乾燥した。次いで、30ml/分で流動するHF蒸気を250℃で1時間、30ml/分の窒素と共に触媒上を通過させた。次いで、窒素を、純HFが触媒上を通過して出て行く反応器出口に向けた。温度を徐々に380℃に上げ、10時間保持した。次いで、温度を350℃に下げ、HF流を25mL/分に下げた。1233xf(2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン)の共供給物をそれ自身の蒸気圧によって供給し、流れをオリフィスプレートを通して1mL/分に制御した。反応器オフガスを0.5〜7時間の連続運転から脱イオン水中に定期的に試料抽出し、GCによって分析して反応の進行を決定した。結果を以下の表11に示す。
表11のデータから、助触媒をベースのクロミア触媒に添加することによって、比較例27の助触媒なしの参照触媒と比較して、それらの活性を増大させたことが明らかである。細孔容積と細孔直径の両方を増大させ、亜鉛助触媒を添加することによって、比較例28の触媒と活性の点では同等であるが、より選択的で安定である(実施例24)のような触媒を生成することができた。 From the data in Table 11, it is clear that the addition of co-catalysts to the base chromia catalyst increased their activity as compared to the reference catalysts of Comparative Example 27 without co-catalysts. By increasing both the pore volume and the pore diameter and adding a zinc cocatalyst, it is comparable in activity to the catalyst of Comparative Example 28, but more selective and stable (Example 24). We were able to produce such a catalyst.
245cbから1234yfの生成
実施例24および25の触媒の性能を、245cbの脱フッ化水素化からの1234yfの生成について試験した。結果を市販のクロミア触媒(比較例29)および市販の亜鉛促進クロミア触媒(比較例30)の結果と比較した。
Production of 1234yf from 245cc The performance of the catalysts of Examples 24 and 25 was tested for the production of 1234yf from defluorinated hydrogenation of 245cc. The results were compared with the results of a commercially available chromia catalyst (Comparative Example 29) and a commercially available zinc-accelerated chromia catalyst (Comparative Example 30).
各触媒(3mL、0.5〜1.4mm)を、インコネルメッシュによって支持された0.5インチのODインコネル625反応器に充填した。触媒を、予備フッ素化の前に少なくとも2時間、60mL/分の流動窒素下で250℃で乾燥した。次いで、30mL/分で流動するHF蒸気を250℃で1時間、30mL/分の窒素と共に触媒上を通過させた。次いで、窒素を、純HFが触媒上を通過して出て行く反応器出口に向けた。温度を徐々に380℃に上げ、10時間保持した。次いで、温度を250℃に下げ、HF流を25mL/分に下げた。245cb(1,1,1,2,2−ペンタフルオロプロパン)の共供給物蒸気を9℃で液体を介して散布窒素(1mL/分)によって供給し、1mL/分の245eb流が得られた。反応器オフガスを0.5〜7時間の連続運転から脱イオン水中に定期的に試料抽出し、GCによって分析して反応の進行を決定した。結果を以下の表12に示す。
表12に示された結果から、ZnおよびInでクロミアを促進することによって触媒活性が増大することが明らかである。Zn促進クロミアの細孔容積および平均細孔直径を増大させると、1234yfの収率も増大した。 From the results shown in Table 12, it is clear that the catalytic activity is increased by promoting chromia with Zn and In. Increasing the pore volume and average pore diameter of Zn-accelerated chromia also increased the yield of 1234yf.
245ebから1234yfの生成
実施例24〜26の触媒の性能を、245ebの脱フッ化水素化からの1234yfおよび245cbの生成について試験した。結果を市販のクロミア触媒(比較例31)および市販の亜鉛促進クロミア触媒(比較例32)の結果と比較した。
Production of 1234yf from 245eb The performance of the catalysts of Examples 24-26 was tested for the production of 1234yf and 245cc from defluorinated hydrogenation of 245eb. The results were compared with the results of a commercially available chromia catalyst (Comparative Example 31) and a commercially available zinc-accelerated chromia catalyst (Comparative Example 32).
各触媒(3mL、0.5〜1.4mm)を、インコネルメッシュによって支持された0.5インチのODインコネル625反応器に充填した。触媒を、予備フッ素化の前に少なくとも2時間、60mL/分の流動窒素下で250℃で乾燥した。次いで、30mL/分で流動するHF蒸気を250℃で1時間、30mL/分の窒素と共に触媒上を通過させた。次いで、窒素を、純HFが触媒上を通過して出て行く反応器出口に向けた。温度を徐々に380℃に上げ、10時間保持した。次いで、温度を250℃に下げ、HF流を25mL/分に下げた。245eb(1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロパン)の共供給物蒸気を9℃で液体を介して散布窒素(1mL/分)によって供給し、1mL/分の245eb流が得られた。反応器オフガスを0.5〜7時間の連続運転から脱イオン水中に定期的に試料抽出し、GCによって分析して反応の進行を決定した。結果を表13に示す。
表13の結果によって示されるように、Zn促進クロミアの細孔容積および平均細孔直径を増大させると(実施例24)、1234yfへの選択性が増大した。InおよびZrを用いた同様の促進、ならびに細孔容積および平均細孔直径の増大もまた、1234yfへの選択性を増大させた。 As shown by the results in Table 13, increasing the pore volume and average pore diameter of Zn-accelerated chromia (Example 24) increased the selectivity to 1234yf. Similar facilitation with In and Zr, as well as increased pore volume and average pore diameter, also increased selectivity for 1234yf.
本発明の所与の態様、特徴、またはパラメータにおける選好および選択肢は、特に文脈に示されない限り、本発明のすべての他の態様、特徴、およびパラメータにおける任意のおよびすべての選好および選択肢と組み合わせて開示されているようみなされるべきである。
Preferences and options in a given aspect, feature, or parameter of the invention are combined with any and all preferences and options in all other aspects, features, and parameters of the invention, unless otherwise indicated in the context. It should be considered as disclosed.
Claims (76)
a)金属塩溶液および水酸化物溶液を調製する工程と、
b)8を超えるpHで前記溶液を混合して、金属水酸化物を沈殿させる工程と、
c)前記沈殿した金属水酸化物を乾燥させる工程と、
d)前記金属水酸化物を焼成して金属酸化物を形成する工程と、を含む、方法。 The method for preparing a catalyst according to any one of claims 1 to 15.
a) Steps to prepare metal salt solution and hydroxide solution,
b) A step of mixing the solution at a pH exceeding 8 to precipitate a metal hydroxide, and
c) The step of drying the precipitated metal hydroxide and
d) A method comprising a step of calcining the metal hydroxide to form a metal oxide.
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